Teatud tüüpi ülesandeid tavaarvutitest hüppeliselt kiiremini lahendavad arvutid põhinevad kvantbittidel, mis on keskkonnamõjutuste suhtes äärmiselt haavatavad. Californias Santa Barbaras asuvas laboris tehtud katse näitas nüüd aga, et kvantarvuti tehtavate vigade hulka saab vähendada. Selleks tarvitses füüsikutel suurendada kasutatavate kvantbittide hulka, vahendab Nature News.

Veaprotsendi vähendamine on Google'i teadlastele teine suur saavutus. Esmalt õnnestus neil 2019. aastal näidata, et nende kvantarvuti suudab teha arvutuse, milleks kuluks tavaarvutil tuhandeid aastaid. Samas leidsid mitmed teised teadlased, et kavalamat algoritmi kasutades lahendanuks tavalisedki arvutid ülesande märksa kiiremini.

Laiemas plaanis ongi aga kvantarvutite suur lubadus kiirendada teatud sorti ülesannete lahendamist. Eeskätt oleks neist kasu puhkudel, kus saab teha paralleelselt mitmeid tehteid. Näiteks võiksid need tegurdada suuri täisarve algarvudeks või aidata mõista üksikasjalikult keemiliste katalüsaatorite käitumist. Kõige selle taustal peavad kvantarvutid samas paratamatult suutma jooksvalt oma tehtavaid vigu märgata ja parandada.

Uuringuga mitte seotud Delfti Ülikooli teoreetiline füüsik Barbara Terhal hindab Google'i saavutust muljetavaldavaks. Tema sõnul on suurema kvantbittide arvuga  jõudluse parandamine väga keeruline. Google'i teadlaste endi sõnul on edusamm kõigele vaatamata väike. Töörühma liikme Hartmut Neveni sõnul peab arvuti veaprotsent langema veel palju rohkem.

Vigade parandus

Vigu teevad ka praegu argikasutuses olevad arvutid. Tavalisel arvutikiibil talletatakse andmeid bittidena ehk 0 või 1 kujul. Ühtlasi kopeerib tavakiip infot tagavaraks olevatele veaparandus-bittidele. Kui arvutis tekib viga – näiteks poeb mõni hulkuv elektron läbi isolatsioonibarjäärist või segab vooluringi tööd mõni kosmilise kiirguse osake, suudab kiip kohe vea üles leida ja parandada. 

Google'i kvantriistvara osakonna juhataja Julian Kelly sõnul kvantinformatsiooni talletavate kvantbittidega niimoodi vigu parandada ei saa. Kvantarvuti põhineb kvantbittide kvantolekutel. Üks kvantbitt võib olla nii 0, 1 kui ka nende mistahes kombinatsioon. Seejuures ei saa aga kvantbitti lugeda, ilma et selle algne kvantolek igaveseks kaotsi läheks. See tähendab, et kvantbitis kätketud infot ei saa kopeerida sirgjooneliselt tagavara-kvantbitti.

Probleemi ületamiseks on arendanud teoreetikud siiski üksikasjalikke skeeme. Tavaliselt põhinevad nende skeemid lahendusel, kus ühe kvantbiti jagu infot ehk loogiline kvantbitt kodeeritakse mitmest füüsilisest kvantbitist koosnevasse kogumisse, mitte ühteainsasse füüsilisse kvantbitti.

Seejärel saab arvuti mõningaid oma füüsilisi kvantbitte kasutades teada, kas loogilise kvantbitiga on kõik korras. Kui arvuti leiab mõne vea, saab masin selle ära parandada. Mida rohkem on arvutis füüsilisi kvantbitte, seda edukam on see veatõrjes. Barbara Terhali sõnul ongi seda tüüpi veaparanduse peamine eelis, et sama põhimõtet saab kasutada sirgjooneliselt ka rohkematest kvantbittidest koosnevates arvutites.

Mida rohkem lisada arvutisse füüsilisi kvantbitte, seda suurem on aga võimalus, et seda tabab korraga mitu viga. Sellele ohule mõeldes tegid Google'i teadlased kvantvigade parandusprotseduuri läbi kahes variandis.

Ühes variandis kasutasid nad 17 kvantbitti. Sel juhul suutis arvuti korraga taastuda vaid ühest veast. Teises suuremas variandis kasutas töörühm 49 kvantbitti. Nüüd suutis arvuti taastuda kahest korraga tekkinud veast. Ühtlasi oli arvuti jõudlus rohkematest kvantbittidest koosnedes parem kui väikeses.

Terhali sõnul on see küll oluline, kuid siiski veel väga väike edusamm. Samuti pole tema sõnul kindel, et kvantbittide arvu veelgi kasvatades paraneb jõudlus samas tempos.

Uuringuga mitte seotud Singapuri ettevõtte Horizoni Quantum füüsiku Joe Fitzsimonsi sõnul on paljud laborid teinud tõhusa veaparanduse suunas suuri samme. Samuti leiab ta, et Google'i tulemus vastab nii mõnelegi tarvilikule vea parandamise tingimusele. 

Samas pole suutnud Google'i töörühm tema sõnul talletada kvantbittides veel infot piisavalt pikka aega järjest, et arvuti jõuaks ära teha ka sellele etteantavad arvutused. Fitzsimonsi sõnul loodab ta, et veelgi suurema kvantarvuti ehitamisel suudetakse pikendada ka kvantbittide eluiga. 

Google'i teadlased järgivad ettevõtte paikapandud teekaarti, kuhu on märgitud kuus verstaposti. Esimene verstapost oli näidata kvantarvuti ülimuslikkust tavaarvuti ja uus tulemus tähistas teist verstaposti. Lõplik kuues verstapost kujutaks miljonist füüsilisest kvantbitist koosnevat masinat, mis kodeeriks 1000 loogilist kvantbitti. Hartmut Neveni sõnul võib kuuenda verstaposti juures juba kindlalt lubada, et kvantarvuteid saab müüa.

Ülijuhtidest kvantbitid on kvantarvuti ehitamiseks vaid üks võimalik viis. Google peab seda seatud eesmärgini jõudmiseks Neveni sõnul aga endiselt parimaks lahenduseks. Kui siiski peaks selguma, et mõni muu võimalus toob kasutuskõlbuliku kvantarvuti inimeste lauale kiiremini, on Google aga tema sõnul valmis kannapöördeks.

Uuring ilmus ajakirjas Nature.